Процессы электронного обмена при рассеянии отрицательного иона водорода на наносистемах

• Автор: Шестаков, Дмитрий Константинович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 100 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА ПЕРВАЯ Литературный обзор
1.1 Процессы зарядового обмена между атомной частицей и поверхностью
металла
1.1.1 Физическая модель
1.1.2 Основные процессы электронного обмена
Резонансные переходы
Нерезонансные переходы
Оже - нейтрализация и Оже - девозбуждение
1.1.3 Модель Андерсона-Ньюпса
1.1.4 Способ задания матричных элементов
1.1.5 Решение уравнения для заселенности атомного уровня
1.1.6 Приближение широкой зоны
1.1.7 Влияние параллельной поверхности составляющей скорости атомной
частицы на процесс перезарядки
1.2 Модельные потенциалы
1.2.1 Модель свободных электронов в металле
1.2.2 Потенциал тонкого диска
1.2.3 Потенциал кластера
1.2.4 Потенциал иона водорода ЬГ
ГЛАВА ВТОРАЯ Методы расчета основных характеристик процесса электронного обмена атомной частицы с наносистемами
2.1 Основные уравнения
2.2 Метод Распространения Волновых Пакетов (РВП)
2.3 Стационарное уравнение Шредингера
2.4 Метод прогонки (алгоритм Томаса)
2.5 Результаты вычислений
2.5.1 Структура дискретных уровней энергии внутри диска
2.5.2 Структура дискретных уровней энергии внутри шарового кластера
атомов
2.6 Расчет энергии Ферми наносистем
2.6.1 Энергия Ферми тонкого диска
2.6.2 Энергия Ферми шарового кластера атомов
ГЛАВА ТРЕТЬЯ Квантово-размерный эффект при взаимодействии иона 1Г с шаровым кластером атомов А1
3.1 Электронный обмен между ионом Н" и шаровым кластером атомов в
статическом случае
3.1.1 Применение метода РВП
3.1.2 Качественное рассмотрение электронного перехода в кластер атомов
3.1.3 Квантово-размерный эффект
3.2 Изучение электронного обмена иона Н‘ с кластером в динамическом
случае
3.2.1 Вероятность выживания иона 1Т при его столкновении с
поверхностью
3.2.2 Эффективная ширина уровня иона Н'
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ Влияние параллельной составляющей скорости при рассеянии ионов Н' на электронный обмен с наносистемами
4.1 Влияние параллельной составляющей скорости на электронный обмен при скользящем рассеянии ионов водорода Н' на тонком диске А1
4.1.1 Заселенность состояний тонкого диска
4.1.2 Учет влияния параллельной поверхности составляющей скорости
атома на формирование ионов Н‘
4.2 Влияние параллельной составляющей скорости на электронный обмен при рассеянии ионов водорода Н' на шаровом кластере А1
4.2.1 Заселенность состояний кластера атомов
4.2.2 Учет влияния параллельной поверхности составляющей скорости
атома на формирование ионов Н"
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
В настоящее время напообъекты (фуллерены, нанотрубки, нанопленки, атомные кластеры, цепочки атомов и т.п.) и композитные наноструктурированные материалы являются объектом растущего интереса для фундаментальной и прикладной науки, поскольку при переходе к наноразмерам происходят существенные изменения свойств материалов. Кроме того, при переходе к наноразмерам число атомов на поверхности становится соизмеримо с количеством атомов в объеме, поэтому роль поверхности как более активной составляющей существенно возрастает. Под терминами “поверхность” или “межфазная граница” обычно понимают слой вещества конечной толщины, разделяющий различные объемные фазы. Толщина слоя, как правило, составляет несколько атомных слоев вещества.
Благодаря развитию нанотехнологий особое внимание уделяется исследованию процессов, происходящих при взаимодействии атомных и молекулярных частиц с поверхностью твердого тела. Такое внимание объясняется широким применением упомянутых процессов для разработки новых наноэлектронных устройств в информационных технологиях. При этом формирование зарядового состояния рассеянных или распыленных с поверхности частиц является предметом многих исследований. Это обусловлено тем, что зарядовое состояние отлетающей частицы содержит информацию как о составе и структуре, так и об электронных свойствах поверхности. Кроме того, процесс электронного обмена является определяющим для многих явлений, происходящих на поверхности при вторичной ионной эмиссии, рассеянии, десорбции, катализе, модификации поверхности.
При взаимодействии атомной частицы с металлической поверхностью важную роль играет резонансное туннелирование. Если энергетические ограничения отсутствуют, то именно этот процесс доминирует в обмене зарядом, т. к. его вероятность велика по сравнению с нерезонансными переходами и Оже-процессами.
Для описания одноэлектронных процессов электронного обмена наиболее часто используется нестационарная модель Андерсона-Ныонса, где задача

Рис. 1.1 Поведение атомного уровня Еа(г) вблизи поверхности металла; 2п - расстояние от поверхности металла до точки, в которой атомный уровень Еа пересекает уровень Ферми Ер.
Металл А1 является прототипом такой системы с параболическим законом дисперсии энергий электронов и сферической поверхностью Ферми [47]. В случае модели свободных электронов, упомянутые выше методы являются очень эффективными, и полученные с их помощью результаты хорошо согласуются с экспериментальными данными [48-52].
Потенциал взаимодействия электрона с поверхностью в случае металла, описываемого моделью свободных электронов, приводится в теоретической работе Дженнингса [53]. Он зависит только от расстояния между электроном и поверхностью г, где к отсчитывается от плоскости изображения (случай г > О соответствует вакууму),
К-С2) = -[1-ехр(—Яг)]/4г, г>0,
(1.20)
К-(2) = -Ко/[1 + Лехр(&)], г<0.
Для А1 параметр Я равен 1.5а“1 и У0 равняется 15.9 эВ (если отсчитывать от уровня вакуума). Остальные параметры выбираются таким образом, чтобы сам потенциал (1.20) и его производные были непрерывны на поверхности. Ниже полупространство, заполненное металлом, будем называть - полубесконечным